考虑超随机特性的人工地震动合成

文中根据自相关函数随机噪声部分的2个重要性质提出了自相关函数随机噪声部分的迭代生成算法,并给出了以确定性自相关函数为目标函数,考虑随机噪声部分影响的人工合成地震动方法.本文的研究结果表明地震动加速度的平方和（SS）比峰值加速度（PGA）更好地量度了地震地面运动强度.文中用蒙特卡罗方法分析了自相关函数噪声项对人工合成地震动幅值和反应谱的影响：由于自相关函数的随机噪声项对地震动总功率或平方和的贡献为0,因此随机噪声项对合成地震动幅值的影响不大,但由于自相关函数随机噪声项明显改变了地震动功率谱在频域上的分布特征,使原本光滑的平均反应谱出现了明显的波动,从而在一定程度上提高了平均反应谱的峰值,使自相关函数噪声部分对平均反应谱也有一些影响.     

强震地面运动的超随机特性研究

简述了几种常用的地震动平稳随机模型，这几种地震动平稳随机模型的功率谱是一组光滑的函数，相应的自相关函数基本上是指数衰减的振荡函数，且很快衰减到零；但是真实地震动的归一化自相关函数则有一较显著的随机噪声项，这个随机噪声的幅值为0．15左右，这就是本文中所说的超随机特性。目前常用的地震动平稳随机模型没有考虑这个随机噪声项及其对结构反应的影响。本文将真实地震动的自相关函数分解为一确定性函数和一随机噪声的叠加，并对自相关函数中的噪声部分进行了分析，得出两条重要性质。本文的研究结果表明地震动加速度时程的平方和(SS)比峰值加速度(PGA)更好地量度了地震地面运动强度。由于归一化自相关函数的随机噪声部分所对应的功率谱的随机波动成分对频率的积分为零，即归一化自相关函数的噪声部分对地震动总功率或平方和的贡献为零，因此自相关函数的随机噪声项对地震动的幅值影响不大，但自相关函数的随机噪声项明显改变了地震动功率谱在频域上的分布特征，因此会对结构反应产生一定的影响。由于篇幅所限详细内容将在下一篇文章中作进一步探讨。     

基于随机Fourier谱的地震动合成研究

本文基于与物理随机模型相对应的随机Fourier谱,通过对地震动非平稳性及其所受影响机制的分析,建立了非平稳地震动合成的新方法。通过引入基本相位差谱,并将初始相角视为随机变量,以相位差谱的分布特性、随机地震动的统计特征以及对结构随机反应的影响为原则,利用计算机程序生成相位差谱,提出了基于随机Fourier谱的合成地震动方法。同时,利用快速FFT技术提高合成精度。根据本文提出的合成方法获得的地震动具有非平稳特性,将为后续研究工作提供合理的地震动加速度时程。     

平稳地震动过程具分段均布随机频率的谱拟合模型

本文首先针对平稳随机地震动谱拟合问题建立了一个统一的谱拟合模型,在此基础上,提出了一新的具分段均布随机频率的拟合模型,并与几类常用的谱拟合模型进行了比较研究,指出拟合模型的频率特性对拟合功率谱与反应谱具有显著的影响。算例表明,当结构的自振频率与拟合模型的分量频率接近时,计算的响应值明显偏大,对于小阻尼情况,这一现象更为明显。     

强震地面运动超随机特性的几点注记

本文详细论述了功率谱与功率谱密度、平方和SS与平方平均值MS的适用范围及物理意义,比较深入地分析了平稳和非平稳加速度时间历程的统计特征,通过引入时域包线获取特定相位的方法,考虑了非平稳特性。本文基于非平稳时间历程,在不考虑频率非平稳性的基础上,提出了设计地震动三要素:(1)平方和SS;(2)归一化自相关函数或其对应的功率谱;(3)地震动时域包线.本文提出了在设计地震动合成中考虑超随机特性的实用方法,并指出地震动的超随机特性(即归一化功率谱的锯齿状波动部分,或归一化自相关函数的随机噪声部分)与相位的随机性是地震动随机特性的两个重要方面。本文将地震动的统计分析直接建立在非平稳时间历程的基础之上,从而避开了要对地震动进行平稳化处理的困难。这样提取出的地震动统计特征完全是以真实地震动记录为基础的。应用这些统计特征,可模拟出符合统计要求的基于非平稳时间历程的设计地震动。最后本文还讨论了工程上常用的将反应谱近似转换为功率谱的转换式的一些缺陷。     

基于《电力设施抗震设计规范》的地震动随机模型参数研究

依据《电力设施抗震设计规范》（GB50260-96）中的设计反应谱,对随机地震动功率谱参数的取值进行了具体研究。首先,采用时间包络函数考虑地震的非平稳特性,给出了地震动持时的取值;然后,根据加速度峰值等效原则,迭代计算得到地面的加速度功率谱密度曲线;最后,选定Clough-Penzien修正过滤白噪声模型作为拟合函数,通过非线性拟合技术拟合了与《规范》中的地震烈度、场地类别相对应的谱参数。研究结果表明,Clough-Penzien修正过滤白噪声模型能较好地拟合其曲线形状。本文给出了相对于规范中的地面加速度功率谱参数值,可供这种模型作为地震地面运动输入时选用。     

基于强度和能量控制的随机地震动模型

考虑地震动的随机性和频率与强度非平稳性,通过理论分析,提出了一般随机地震动模型,并给出了确定模型参数的原则和方法。该模型以地震动强度、地震动能量以及地震动持时等宏观指标作为控制随机地震动模型参数的指标,而对其内在的频谱组成等指标只要求满足一般地震动的特征。该模型可以用于描述平稳随机过程、强度非平稳随机过程以及强度和频率完全非平稳随机过程。通过与常用功率谱模型的比较,验证了该模型的合理性。     

工程随机地震动物理模型的参数统计与检验

利用PEER强震记录数据库,确定了一类实用的随机地震动模型的参数概率分布。依据GB50011-2010规定的场地类别,对4438条实测地震动记录进行分组。引用系统识别方法对不同场地上的地震动记录进行参数识别,据此结果,对工程地震动物理随机函数模型的基本参数进行了统计分析,给出了随机地震动模型参数的概率分布密度。对基本随机参数的概率空间进行剖分,结合波群叠加方法生成地震动时程,计算获得了随机地震动反应谱。通过比较随机反应谱和实测地震动反应谱的统计特征量,验证了地震动物理随机函数模型及基本随机参数统计结果的正确性。     

平稳地震动过程具分段布随机频率的谱拟合模型

本文首先针对平稳随机地震动谱拟合问题建立了一个统一的谱拟合模型，在此基础上，提出了一新的具有分段均布随机频率的拟合模型，并与几类常用的谱拟合模型进行了比较研究，指出拟合模型的频率牧场生对拟合功率谱与反谱具有显著的影响，算例表明，当结构的自振频率与拟合模型的分量频率接近时，计算的响应值明显偏大，对于小阻尼情况，这一现象更为明显。     

地震动随机函数模型研究(Ⅰ)——模型建立

基于随机过程的随机函数解释,发展了一种随机地震动模型.模型包括两个部分,分别是基于理论物理关系的Fourier幅值谱模型和基于经验关系的Fourier相位谱模型.基于拟加速度谱概念建立的幅值谱模型能够反映强震记录的幅值特性,而Fourier相位谱模型则利用累积相位谱的单值连续特性,以线性多项式与三角级数组合的形式给出.模拟记录与实测记录对比结果显示两者不仅在波形结构上相似性良好,而且反应谱层次亦吻合良好.     

基于目标功率谱和包线的地震动合成

本文给出了以目标功率谱和目标包线函数为双目标函数的人工地震动合成方法,使人工地震动不仅符合目标功率谱,还基本符合目标包线函数,并对加速度基线进行了调整,使速度时程和位移时程更为合理。作者认为如果用反应谱作为目标谱,生成的人工地震动时程可能会弱化地震动的随机特性,用这样的人工地震动时程作为输入来分析建筑结构的非线性动力反应,不是理想的选择。对建筑结构进行非线性时程分析时,用基于功率谱的人工地震动作为输入,应当是一种更为合理的方法。作者认为平方和具有明确的物理意义,是随机信号的总能量参数,并通过理论分析和数值计算,对于一定持时的随机平稳信号样本,平方和(持时×平方平均值)对振幅起重要控制作用。平方和、归一化功率谱、时域包线函数是基于功率谱模型的地震动三要素。     

三维竖向断层场地对地面运动的影响

实际工程场地中的断层通常具有三维尺寸,应进行三维分析。本文考虑均匀弹性半空间内存在不同长度、深度的三维断层,由下向上垂直入射一个脉冲波,主要采用三维时域显式有限元结合透射人工边界的方法及相应编写的三维显示有限元波动程序DSI3,计算断层附近地震地面运动的时程反应,研究含有三维断层场地地面运动的一些特点,并与自由场反应对比,以说明三维竖向断层对地震波传播的特点和对断层附近地面运动的影响。     

估计和比较地震动潜在破坏势的综合评述

如何估计和比较地震动对结构的破坏作用，一直是国内外抗震研究中的一个至关重要的问题。本主要篇幅用于介绍这一领域迄今所取得的成果并作了简单的评述，并在此基础上，提出了一种可用来比较地震动潜在破坏势的综合评估法，提出该方法的目的并不在意去确定什么量更能代表地震动在潜在破坏势，而只是在考察现有的各种被认为能代表地震动的潜在破坏势的各种参数基础上，考虑采用什么方法才能更合理地判定和比较地震动的破坏势，为此本将通常作为地震动潜在破坏势的地震动参数分成两类：一类为直接由地震动本身得到的参数，另一类为地震动通过结构反应得到的参数，并分别对此进行了讨论和分析，在此基础上得出了一种在目前可认为是研究地震动潜在破坏势押送为合理的方法-地震动潜在破坏势综合评价法。     

Rupture directivity and hanging wall effect in near field strong ground motion simulation

A random synthesis procedure based on finite fault model is adopted for near field strong ground motion simulation in this paper.The fault plane of the source is divided into a number of sub-sources,the whole moment magnitude is also divided into more sub-events.The Fourier spectrum of ground motion caused by a sub-event in given sub-source,then can be derived by means of taking the point source spectrum,attenuation with distance,energy dissipation,and near surface effect,into account.A time history is synthesized from this amplitude spectrum and a random phase spectrum,and being combined with an envelope function.The ground motion is worked out by superposition of all time histories from each sub-event in each sub-source,with time lags determining by the differences between the triggering times of sub-events and ddistances of the sub-sources.From the example of simulations at 21 near field points in a scenario earthquake with 4 dip angles of the fault plane,it is illustrated that the procedure can describe the rupture directivity and hanging wall effect very well.To validate the procedure,the response spectra and time histories recorded at three near fault stations MCN,LV3 and PCD during the Northridge earthquake in 1994,are compared with the simulated ones.     

Rupture directivity effect on strong ground motion during the 12 May 2008 MW7.9 Wenchuan earthquake

We focus here on the rupture directivity effect on the spatial distribution and attenuation characteristics of near-field ground motions during the 2008 MW7.9 Wenchuan earthquake. We examine the difference between the observed ground motions in and opposite the rupture directions and compare them with Next Generation Attenuation-West2 (NGA-West2) ground motion prediction models. The isochrone directivity predictor is used to quantify the band-limited nature of the rupture directivity effect on strong ground motion. Our results show that the observed peak ground velocity (PGV) and spectral accelerations of periods of 1.0 s and longer are significantly amplified in the rupture direction, but de-amplified in the opposite direction affected by rupture directivity effect of this event. In contrast, the effect of rupture directivity on the observed peak ground acceleration (PGA) and periods of shorter than 1.0 s are relatively weak. The rupture directivity of this event shows clear period dependent and band limited characteristics with the strongest effect occurring around the period of 7.5 s.     

2008年汶川8.0级大地震近场强地面运动的模拟

运用经验格林函数法模拟了2008年5月12日汶川8.0级大地震的近场强地面运动.拟合过程中,首先参考其他学者反演结果给出的滑动量分布的特征,确定强震动生成区的大致范围;然后利用Somerville等(1999)提出的地震矩与凹凸体面积间的经验关系式确定强震动生成区(SMGA)细小划分的初值,继而利用遗传优化算法确定以上两者的最优值及其他震源参数.数值模拟波形同实际地震观测记录在时间域和频率域分别进行了比较,结果显示,在所选取的18个观测台中,多数台站的数值模拟结果同实际观测结果符合得很好,特别是大于1 Hz的高频部分.我们发现断层面上有5个强震动生成区,其中两个的位置与其他学者反演的滑动量集中分布区相一致,但强震动生成区规模和上升时间比Somerville等(1999)获得的定标率外延的估计值要小.